"نادي المجلات" الخاص بـ IQT: الغوص في جامعة هارفارد، ومعهد ماساتشوستس للتكنولوجيا، وجامعة ميريلاند/NIST، وورقة تصحيح أخطاء QuEra - داخل تكنولوجيا الكم

"Journal Club" الخاص بـ IQT عبارة عن سلسلة مقالات أسبوعية تقسم ورقة بحثية حديثة عن تكنولوجيا الكم وتناقش تأثيراتها على النظام البيئي الكمي. يركز هذا الأسبوع على ما نوقش كثيرًا ورق الطبيعة نشره باحثون في جامعة هارفارد، ومعهد ماساتشوستس للتكنولوجيا، وجامعة ماريلاند/NIST، وQuEra، بحثًا في تصحيح الأخطاء، والذي "أظهر بنجاح بوابات متشابكة ثنائية الكيوبت بدقة غير مسبوقة تبلغ 99.5% على 60 كيوبتًا ذريًا محايدًا على التوازي"، كما أشارت الصحافة. تم الإعلان عن الإصدار مؤخرًا. 

أصبح مجال الحوسبة الكمومية على أعتاب طفرة، وذلك بفضل التطور الأخير في مجال تصحيح الأخطاء الكمومية والمعالجات الكمومية المنطقية. هذا دراسة جديدة نشرها باحثون في بعض أكبر اللاعبين الرئيسيين في مجال تكنولوجيا الكم (معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا، جامعة هارفارد، NIST/جامعة ميريلاند، و كيورا) يبشر بخطوة مهمة إلى الأمام في معالجة أحد التحديات الأكثر صعوبة في الحوسبة الكمومية: تصحيح الأخطاء في الأنظمة واسعة النطاق.

أهمية تصحيح الخطأ الكمي

تعد الحوسبة الكمومية بالتفوق على أجهزة الكمبيوتر الكلاسيكية في حل مشكلات معقدة محددة. ومع ذلك، فإن تحقيق هذه الإمكانية على نطاق واسع يتطلب معدلًا منخفضًا للغاية من أخطاء البوابة، وهو هدف يصعب تحقيقه باستخدام الأجهزة المادية. يكمن الحل في تصحيح الخطأ الكمي (QEC)، والذي يتضمن نشر معلومات الكيوبت المنطقي عبر عدة كيوبتات مادية زائدة عن الحاجة. يسمح هذا التكرار للنظام بالحفاظ على سلامته حتى في حالة فشل بعض البتات الكمومية المادية. من الناحية النظرية، هذا يعني أنه مع عدد كافٍ من الكيوبتات ومعدلات خطأ فيزيائي منخفضة بدرجة كافية، يمكن للكيوبت المنطقي أن يعمل بدقة عالية، مما يمهد الطريق لخوارزميات واسعة النطاق.

على الرغم من جاذبيته المفاهيمية، فإن تنفيذ تحسين الجودة المفيد في الممارسة العملية يأتي مع مجموعة من التحديات الخاصة به. يتضمن ذلك الحمل الكبير في عدد الكيوبتات المادية المطلوبة وتعقيد عمليات البوابة بين درجات الحرية المنطقية غير المحلية.

إعداد المعالج الكمي

تقدم هذه الدراسة الجديدة معالجًا كميًا قابلاً للبرمجة يتغلب على هذه العقبات. يعتمد المعالج على التحكم على المستوى المنطقي في الكيوبتات المنطقية في مصفوفات ذرية محايدة قابلة لإعادة التشكيل. وهو يتميز بما يصل إلى 280 بتًا فعليًا ويوضح الجوانب الرئيسية المختلفة لـ QEC، بما في ذلك التوسع إلى الرموز الكبيرة والتسامح مع الأخطاء وتنفيذ الدوائر المعقدة.

إن بنية هذا المعالج المنطقي بارعة بشكل خاص. وهي مقسمة إلى ثلاث مناطق: منطقة تخزين لتخزين الكيوبتات الكثيفة، ومنطقة متشابكة لتشفير الكيوبتات المنطقية وعمليات البوابة، ومنطقة قراءة لقراءة منتصف الدائرة للكيوبتات المنطقية أو المادية. يسمح هذا التصميم بالتحكم الفعال ويقلل من أخطاء البوابة المتشابكة، وهو أمر بالغ الأهمية للحفاظ على التماسك طوال عملية الحساب.

نتائج تصحيح الخطأ

أحد الإنجازات الرائعة لهذا المعالج هو العرض الناجح لبوابة منطقية ثنائية الكيوبت مع أداء محسّن من خلال توسيع مسافة رمز السطح. كما أنها حققت إنشاء حالات GHZ المنطقية المتسامحة مع الأخطاء (حالة كمومية خاصة حيث ترتبط جسيمات متعددة بطريقة لا يمكن وصف حالة كل جسيم بشكل مستقل عن الجسيمات الأخرى، بغض النظر عن مدى تباعدها). النقل الآني بالتشابك، وتشغيل 40 كيوبتًا من رموز الألوان. وفي العروض التوضيحية الأكثر تعقيدًا، حقق المعالج دوائر أخذ العينات مع ما يصل إلى 48 بتة منطقية متشابكة مع اتصال المكعب الفائق، مما يوضح أن التشفير المنطقي يحسن أداء الخوارزميات بشكل كبير.

هذه التطورات ليست مجرد مآثر نظرية. إنها تمثل تطبيقًا عمليًا في الحسابات الكمومية المصححة للأخطاء المبكرة وترسم مسارًا نحو معالجات منطقية واسعة النطاق. يعد هذا التطور أمرًا مهمًا بالنسبة لتكنولوجيا الكم، لأنه يُظهر طريقة قابلة للتطبيق لتوسيع نطاق الحوسبة الكمومية مع إدارة الأخطاء بشكل فعال. إن الآثار المترتبة على ذلك هائلة، ومن المحتمل أن تقربنا من تحقيق أجهزة كمبيوتر كمومية يمكنها معالجة مشكلات بعيدة عن متناول الحوسبة الكلاسيكية.

كينا هيوز-كاستلبيري هي مديرة التحرير في Inside Quantum Technology ومسؤولة التواصل العلمي في JILA (شراكة بين جامعة كولورادو بولدر والمعهد الوطني للمعايير والتكنولوجيا). تشمل إيقاعاتها الكتابية التكنولوجيا العميقة والحوسبة الكمومية والذكاء الاصطناعي. وقد ظهرت أعمالها في مجلة Scientific American، وDiscover Magazine، وNew Scientist، وArs Technica، والمزيد.

الوسوم (تاج):

• محتوى مدعوم من تحسين محركات البحث وتوزيع العلاقات العامة. تضخيم اليوم.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. تمكين نفسك. الوصول هنا.
• أفلاطونايستريم. ذكاء Web3. تضخيم المعرفة. الوصول هنا.
• أفلاطون كربون، كلينتك ، الطاقة، بيئة، شمسي، إدارة المخلفات. الوصول هنا.
• أفلاطون هيلث. التكنولوجيا الحيوية وذكاء التجارب السريرية. الوصول هنا.
• المصدر https://www.insidequantumtechnology.com/news-archive/iqts-journal-club-a-new-look-on-simulation-of-molecular-materials/